DE1463635C - Anordnung zur Regelung der Span nung eines selbsterregten dreiphasigen Drehstromgenerators - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Regelung der Spannung eines selbsterregten dreiphasigen Drehstromgenerators durch Steuerung der mittleren Gleichspannung an der Erregerwicklung, deren eine Klemme über je einen Thyristor an zwei Klemmen des Generators angeschlossen ist, bei der den Thyristoren von einem Steuersatz in Abhängigkeit von einer mit der Generatorspannung als Istwert gewonnenen Steuerspannung Zündimpulse gleichzeitig zuführbar sind, die die Thyristoren für die restliche Dauer der jeweiligen Wechselspannungshalbwelle aufsteuern.

Die Gleichspannung an einem Verbraucher läßt sich mit Hilfe von Thyristoren grundsätzlich auf zwei verschiedene Wege steuern. Man kann entweder Zweige des Gleichrichters selbst mit Thyristoren bestücken und durch Veränderung der Phasenlage der ihnen zugeführten Zündimpulse bezogen auf die Speisewechselspannung den Gleichstrommittelwert steuern (Phasenanschnitt) oder den Gleichrichter mit nichtsteuerbaren Ventilen bestücken und zwischen Gleichrichter und Verbraucher einen mit Thyristoren arbeitenden Gleichstromregler legen. Ein solcher besteht aus mindestens zwei Thyristoren, die periodisch abwechselnd gezündet werden und zusätzlichen Hilfsvorrichtungen, insbesondere Energiespeichern für die Löschung der Thyristoren.

In den meisten Anwendungsfällen wird der Gleichrichter selbst mit Thyristoren ausgerüstet und mit Hilfe der Anschnittssteuerung die Gleichspannung verändert. Dabei ist jedoch ein verhältnismäßig hoher Aufwand für die Erzeugung der Zündimpulse erforderlich. Das gilt vor allem bei Verwendung dreiphasiger Brückenschaltungen.

Es ist beispielsweise aus der »Soviet Inventions Illustrated«, März 1963, Seite Cp 6, ein dreiphasiger Gleichrichter in Sternschaltung bekannt, bei dem lediglich zwei der drei Gleichrichterzweige mit Thyristoren bestückt sind. Der Aufwand an Steuermitteln ist hier bereits etwas geringer als bei einem üblichen dreiphasigen, steuerbaren Gleichrichter. Die-Anordnung ist allerdings nur anwendbar, wenn der Sternpunktleiter des Wechselspannungsystems zur Verfügung steht.

Der Aufwand an Steuermitteln für diese bekannten Anordnungen ist vor allem dann sehr hoch, wenn sich die Frequenz und die Phasenfolge der Speisewechselspannung verändern kann, wie dies beispiels- * weise der Fall ist, wenn diese Wechselspannung von einem Generator geliefert wird, der mit stark wechselnder Drehzahl und unterschiedlicher Drehrichtung angetrieben wird, wie dies bei Generatoren auf Fahrzeugen, z. B. Eisenbahnwagen der Fall ist. '

Um diesen Aufwand herabzusetzen, hat man bereits vorgeschlagen (deutsche Auslegeschrift 1221721), den Verbraucher einerseits unmittelbar an eine Klemme der dreiphasigen Wechselspannungsquelle und andererseits über einen einzigen Thyristor und zwei Gleichrichter an die beiden übrigen Klemmen anzuschließen. An dem Thyristor bzw. dem Verbraucher liegt in diesem Fall eine pulsierende Gleichspannung, die periodisch während eines Zeitabschnittes von 120° Null ist. Während dieser Zeit erlischt der Thyristor von selbst. Durch Verändern der Phasenlage des Zündimpulses innerhalb der Gleichspannungshalbwelle läßt sich der Gleichspannungsmittelwert verändern. Hierzu ist nur ein einfacher Steuersatz erforderlich, der nur im Abstand von 360° einen Zündimpuls abzugeben braucht, dessen Lage in einem Bereich von 240° abhängig von einer Steuerspannung verändert werden kann.

Diese äußerst billige vorgeschlagene Anordnung hat sich in vielen Anwendungsfällen praktisch bewährt. Schwierigkeiten sind dabei jedoch aufgetreten, wennn mit Hilfe einer solchen Anordnung die Spannung eines Dreiphasengenerators geregelt werden soll, wobei seine Erregerwicklung die Stelle des Verbrauchers einnimmt. Zur Auferregung derartiger Generatoren wird nämlich die Remanenzspannung der Maschine verwendet, die normalerweise ausreicht, um einen kleinen Erregerstrom hervorzurufen, durch den das Feld und damit die Klemmenspannung zunächst geringfügig erhöht wird, was wiederum eine Erhöhung des Erregerstroms zur Folge hat usw. Dieser Vorgang wird jedoch durch die im Erregerkreis liegenden nichtsteuerbaren Gleichrichter erschwert, wenn nicht gar verhindert. Der Generator kann sich nämlich nur dann selbst erregen, wenn seine Remanenzspannung größer als die Schwellwertspannung der Gleichrichter ist, eine Voraussetzung, die jedoch in sehr vielen Fällen nicht erfüllt ist.

Beispielsweise aus der österreichischen Patent-

schrift 237 118 ist eine Anordnung der eingangs genannten Art bekannt, bei der eine Regelung des Erregerstroms mit einem Zweipunktregler erfolgt. Wegen der Zweipunktregelung schwankt der Erregerstrom um einen mittleren Wert. Eine genaue, kontinuierliche Regelung ist bei der bekannten Anordnung daher nicht möglich.

Aus der britischen Patentschrift 951994 ist beispielsweise eine Anordnung zur Regelung des Erregerstroms eines Drehstromgenerators bekannt, bei der mit Thyristoren lediglich eine Phase eines Drehstromnetzes gleichgerichtet und der gleichgerichtete Strom über ein Glättungsfilter der Eregerwicklung. zugeführt wird. Die Thyristoren werden in Abhängigkeit von der Frequenz des Drehstromnetzes und von der Größe des Ausgangsstroms des Drehstromgenerators gesteuert.

Es besteht die Aufgabe, eine Anordnung der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß die Auferregung des Drehstromgenerators unbeeinflußt von der Schwellwertspannung von Halbleiterbauelementen ist und daß eine genaue, kontinuierliche Regelung durch Phasenanschnitt ermöglicht wird.

Errlndungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die andere Klemme der Erregerwicklung unmittelbar an die Klemme des Generators angeschlossen ist, daß der Steuersatz so ausgebildet ist, daß er synchron mit der Generator-Wechselspannung Zündimpulse im Abstand von 360° liefert, deren Phasenlage in einem Bereich von 240° abhängig von der Steuerspannung veränderbar ist und daß eine Hilfseinrichtung vorgesehen ist, die zusätzlich immer dann einen Zündimpuls auslöst, wenn die Spannung zwischen den Phasen, an die die beiden Thyristoren angeschlossen sind, durch Null geht und einer der beiden Thyristoren noch Strom führt.

Mit der erfindungsgemäßen Anordnung wird die Gleichspannung an der Erregerwicklung durch Phasenanschnitt gesteuert. Dieses Regelprinzip bewährt sich auch dann, wenn der Generator mit wechselnder Drehzahl und unterschiedlichen Drehrichtungen angetrieben wird, wie dies bei Generatoren auf Fahrzeugen z.B. Eisenbahnwagen der Fall ist, wo diese Generatoren mit den Radachsen gekuppelt sind. Besonders vorteilhaft ist die Anordnung, wenn mit ihrer Hilfe die Spannung eines Dreiphasengenerators konstant gehalten werden soll.

Der Nulldurchgang läßt sich mit Hilfe eines Sättigungstransformators erfassen. Man kann aber auch die Wechselspannung begrenzen und die so erhaltene, nahezu rechteckförmige Spannung differenzieren. Man erhält auch dann Impulse, durch die der Nulldurchgang markiert wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in F i g. 1 gezeigt. Die Erregerwicklung 1 eines Dreiphasengenerators G liegt einerseits unmittelbar an der Klemme R, andererseits über einen Thyristor 2 an der Klemme S und einen weiteren Thyristor 3 an der Klemme Γ des Drehstromgenerators G. Parallel zu der Erregerwicklung 1 liegt eine Nullanode 4.

Die Zündimpulse für die Thyristoren 2 und 3 werden von einem Steuersatz 5 geliefert, an dessen Ausgang ein Transformator 6 mit zwei Sekundärwicklungen 61 und 62 angeschlossen ist. An jede dieser Sekundärwicklungen ist die Steuerstrecke eines Hilfsthyristors 21 bzw. 31 angeschlossen. Die Schaltstrekken dieser Hilfsthyristoren liegen in an sich bekannter Weise in den Steuerkreisen der Hauptthyristoren, und zwar der Hilfsthyristor 21 im Steuerkreis des Hauptthyristors 2 und der Hilfsthyristor 31 in dem des Hauptthyristors 3. Tritt an dem Ausgang des Steuersatzes 5 ein Zündimpuls auf, dann erhalten offensichtlich die beiden Hauptthyristoren 2 und 3 gleichzeitig Zündstrom, sofern in diesem Zeitpunkt die Phase 5 bzw. T positiv gegenüber der Phase R ist.

Zwischen den Klemmend und T liegt die Primärwicklung 71 eines Übertragers 7, dessen Sekundärwicklung 72 eine Hilfseinrichtung 8 speist. Diese hat die Aufgabe, über die Leitung 81 immer dann einen Impuls zu liefern, wenn die Spannung zwischen den Phasen S und T durch Null geht. Dieser Impuls wird über den Steuersatz 5 unmittelbar beiden Hauptthyristoren 2 und 3 zugeführt, sofern in diesem Zeitpunkt einer der beiden Hauptthyristoren 2,3 noch Strom führt. Diese Bedingung wird z. B. mit Hilfe eines UND-Gatters überwacht, das im Steuersatz 5 enthalten ist und über das die von der Hilfseinrichtung 8 gelieferten Impulse geführt werden, wobei einem zweiten Eingang dieses Gatters über eine Leitung 9 eine Spannung zugeführt wird, die nur dann so gepolt ist, daß die Hilfsimpulse das Gatter passieren können, wenn einer der beiden Hauptthyristoren 2 bzw. 3 durchlässig ist.

Der Steuersatz 5 liefert periodisch im Abstand von 360° el (bezogen auf die Wechselspannung des Speisennetzes) Zündimpulse, die mit Hilfe einer über die Leitung 51 zugeführten Wechselspannung abhängig von der Speisewechselspannung synchronisiert werden. Diese Impulse lassen sich mit Hilfe einer Steuerspannung in einem Bereich von 240° verändern. Dieser Bereich wird für das in F i g. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel so gelegt, daß sein Anfang mit dem Zeitpunkt zusammenfällt, in dem die Spannung der PhaseS — bezogen auf einen gemeinsamen Sternpunkt — größer als die Phasenspannung R wird. Erst von diesem Zeitpunkt an liegt nämlich zwischen der Klemme 5 und der Klemme R eine Spannung, die ein Zünden des Thyristors 2 ermöglicht.

Um das Verständnis der Arbeitsweise einer Anordnung gemäß der Erfindung zu erleichtern, ist in F i g. 2 a der Verlauf der Phasenspannungen RST wiedergegeben. Darunter ist in Fig.2b der Verlauf der Spannungen zwischen den Klemmen SR, TR und TS aufgetragen.

Wird ein Anschnittwinkel kleiner als 120° eingestellt, dann wird — wie den in F i g. 2 a und 2 b gezeigten Spannungsverläufen zu entnehmen ist — der Thyristor 2 zünden und bis zum Zeitpunkt t₃ durchgesteuert bleiben. Damit ließe sich aber die Spannung an der Erregerwicklung 1 nicht auf den maximal möglichen Wert steuern. Hierzu ist es vielmehr erforderlich im Zeitpunkt i,, wo die Spannung der Phase T bezogen auf R größer als die Spannung der Phase S wird, einen zusätzlichen Impuls zu geben, durch den jetzt der Thyristor 3 gezündet wird, der dann erst in Zeitpunkt i₄ erlischt. Dieser zusätzliche Impuls wird von der Hilfseinrichtung 8 geliefert, die mit der Spannung U_ST gespeist wird, die gerade im Zeitpunkt t₂ durch Null geht.

Wird dagegen ein Anschnittswinkel eingestellt, der größer als 120° ist, dann zündet der Thyristor 3, da die an ihm liegende Spannung in diesem Bereich größer ist als die Spannung an dem Thyristor 2 — wie Fig. 2b zeigt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Regelung der Spannung eines selbsterregten dreiphasigen Drehstromgenerators durch Steuerung der mittleren Gleichspannung an der Erregerwicklung, deren eine Klemme über je einen Thyristor an zwei Klemmen des Generators angeschlossen ist, bei der den Thyristoren von einem Steuersatz in Abhängigkeit von einer, mit der Generatorspannung als Istwert ge- ίο wonnenen Steuerspannung Zündimpulse gleichzeitig zuführbar sind, die die Thyristoren für die restliche Dauer der jeweiligen Wechselspannungshalbwelle aufsteuern, dadurch gekennzeichnet, daß die andere Klemme der Erregerwicklung (1) unmittelbar an die dritte Klemme (R) des Generators (G) angeschlossen ist, daß der Steuersatz (5) so ausgebildet ist, daß er synchron mit der Generator-Wechselspannung Zündimpulse im Abstand von 360° liefert, deren Phasenlage in einem Bereich von 240° abhängig von der Steuerspannung' veränderbar ist, und daß eine Hilfseinrichtung (8) vorgesehen ist, die zusätzlich immer dann einen Zündimpuls auslöst, wenn die Spannung zwischen den Phasen (T, S) an die beiden Thyristoren (2,3) angeschlossen sind, durch Null geht und einer der beiden Thyristoren noch Strom führt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse der Hilfseinrichtung(8) über ein UND-Gatter geführt werden, das mit einem zweiten Eingang versehen ist, dem immer dann eine Spannung zuführbar ist, wenn die Thyristoren (2, 3) leitend sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Steuerkreis jedes Thyristors (2,3) ein Hilfsthyristor (21 bzw. 31) liegt, und daß die Zündimpulse den Steuerstrecken der Hilfsthyristoren zuführbar sind. -

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